Per aiutare a preparare le città costiere agli uragani futuri, gli scienziati del MIT hanno sviluppato un metodo per prevedere quante inondazioni potrebbe subire una comunità costiera nei prossimi decenni. Quando gli uragani si abbattono, forti venti sollevano le acque salate dell’oceano che generano tempeste nelle regioni costiere. Mentre le tempeste si spostano sulla terraferma, le piogge torrenziali possono provocare ulteriori inondazioni nell’entroterra. Quando più fonti di inondazioni, come mareggiate e precipitazioni, interagiscono, possono aggravare i rischi di un uragano, portando a inondazioni significativamente più numerose di quelle che deriverebbero da una qualsiasi fonte da sola.
Il nuovo studio introduce un metodo basato sulla fisica per prevedere come il rischio di inondazioni così complesse e composte potrebbe evolversi in un clima caldo nelle città costiere.
L’esempio dell’uragano Sandy
Un esempio dell’impatto delle inondazioni composte sono le conseguenze dell’uragano Sandy nel 2012. La tempesta si è abbattuta sulla costa orientale degli Stati Uniti quando forti venti hanno scatenato un imponente storm surge (ossia un innalzamento della marea) che, combinato con inondazioni dovute alle piogge in alcune aree, ha causato danni storici e inondazioni devastanti in New York e nel New Jersey.
Lo studio
Nel loro studio, il team del MIT ha applicato il nuovo metodo di modellazione delle inondazioni composte a New York City per prevedere come il cambiamento climatico potrebbe influenzare il rischio di inondazioni composte da uragani simili a Sandy nei prossimi decenni. Hanno scoperto che, nel clima odierno, un evento di inondazione composto di livello sabbioso colpirà probabilmente New York City ogni 150 anni. Entro la metà del secolo, un clima più caldo aumenterà la frequenza di tali inondazioni, fino a ogni 60 anni. Alla fine del secolo, inondazioni distruttive simili a quelle sabbiose inonderanno la città ogni 30 anni, un aumento di cinque volte rispetto al clima attuale.
“I danni medi a lungo termine derivanti dai rischi meteorologici sono solitamente dominati da eventi rari e intensi come l’uragano Sandy”, afferma il coautore dello studio Kerry Emanuel, Professore emerito di scienze atmosferiche al MIT. “È importante fare queste cose nel modo giusto”.
Sebbene queste siano proiezioni che fanno riflettere, i ricercatori sperano che le previsioni delle inondazioni possano aiutare i pianificatori urbani a prepararsi e a proteggersi da futuri disastri. “La nostra metodologia fornisce alle autorità e ai politici delle città costiere strumenti essenziali per condurre valutazioni del rischio di inondazioni composte da uragani nelle città costiere a livello dettagliato e granulare, estendendosi a ogni strada o edificio, sia nei decenni attuali che in quelli futuri”, afferma l’autore dello studio Ali Sarhadi, un postdoc presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’atmosfera e del pianeta del MIT.
Lo studio è stato pubblicato nel Bollettino dell’American Meteorological Society. Tra i coautori figurano Raphaël Rousseau-Rizzi del Lorenz Center del MIT, Kyle Mandli della Columbia University, Jeffrey Neal dell’Università di Bristol, Michael Wiper dell’Università Carlo III di Madrid e Monika Feldmann del Politecnico federale di Losanna.
I semi delle alluvioni
Per prevedere il rischio di inondazioni di una regione, i modellisti meteorologici in genere guardano al passato. I documenti storici contengono misurazioni della velocità del vento, delle precipitazioni e dell’estensione spaziale dei precedenti uragani, che gli scienziati utilizzano per prevedere dove e quante inondazioni potrebbero verificarsi con le tempeste imminenti. Ma Sarhadi ritiene che i limiti e la brevità di questi documenti storici non siano sufficienti per prevedere i futuri rischi degli uragani. “Anche se avessimo una lunga documentazione storica, non sarebbe una buona guida per i rischi futuri dovuti al cambiamento climatico“, dice. “Il cambiamento climatico sta cambiando le caratteristiche strutturali, la frequenza, l’intensità e il movimento degli uragani e non possiamo fare affidamento sul passato”.
Sarhadi e i suoi colleghi hanno invece cercato di prevedere il rischio di inondazioni da uragani in una regione in un clima che cambia, utilizzando una metodologia di valutazione del rischio basata sulla fisica. Per prima cosa, hanno accoppiato le simulazioni dell’attività degli uragani con modelli oceanici e atmosferici accoppiati nel tempo. Con le simulazioni degli uragani, sviluppate originariamente da Emanuel, i ricercatori spargono virtualmente decine di migliaia di ‘semi’ di uragani in un clima simulato. La maggior parte dei semi si dissipa, mentre alcuni si trasformano in tempeste di livello categoriale, a seconda delle condizioni dell’oceano e dell’atmosfera.
Quando il team guida queste simulazioni di uragani con modelli climatici delle condizioni oceaniche e atmosferiche in determinate proiezioni della temperatura globale, può vedere come cambiano gli uragani, ad esempio in termini di intensità, frequenza e dimensione, in condizioni climatiche passate, attuali e future. Il team ha poi cercato di prevedere con precisione il livello e il grado delle inondazioni derivanti dai futuri uragani nelle città costiere. I ricercatori hanno prima utilizzato modelli di precipitazione per simulare l’intensità della pioggia per un gran numero di uragani simulati, quindi hanno applicato modelli numerici per tradurre idraulicamente l’intensità della pioggia in inondazioni sul terreno durante l’atterraggio degli uragani, fornendo informazioni su una regione come la sua superficie e le caratteristiche topografiche. Hanno anche simulato gli storm surge degli stessi uragani, utilizzando modelli idrodinamici per tradurre la velocità massima del vento e la pressione a livello del mare degli uragani nell’altezza delle mareggiate nelle aree costiere. La simulazione ha valutato ulteriormente la propagazione delle acque oceaniche nelle aree costiere, causando inondazioni costiere.
Quindi il team ha sviluppato un modello idrodinamico numerico per prevedere come due fonti di inondazioni indotte dagli uragani, come gli storm surge e le inondazioni dovute alla pioggia, interagirebbero simultaneamente nel tempo e nello spazio, mentre gli uragani simulati approdano nelle regioni costiere come New York City, nei climi attuali e futuri. “Esiste un’interazione idrodinamica complessa e non lineare tra le inondazioni provocate dalle ondate di acqua salata e le inondazioni provocate dalle precipitazioni di acqua dolce, che forma inondazioni composte che molti metodi esistenti ignorano”, afferma Sarhadi. “Di conseguenza, sottovalutano il rischio di inondazioni”.
Una volta adottato il metodo di previsione delle inondazioni, il team lo ha applicato a un caso di prova specifico: New York City. Hanno utilizzato il metodo su più fronti per prevedere il rischio della città di inondazioni composte da uragani, e più specificamente da uragani tipo Sandy, nei climi presenti e futuri. Le loro simulazioni hanno mostrato che le probabilità della città di subire inondazioni simili a quelle sabbiose aumenteranno significativamente nei prossimi decenni con il riscaldamento del clima, da una volta ogni 150 anni nel clima attuale, a ogni 60 anni entro il 2050, e ogni 30 anni entro il 2099.
Il ruolo del livello del mare
È interessante notare che oi ricercatori hanno scoperto che gran parte di questo aumento del rischio ha meno a che fare con il modo in cui gli uragani stessi cambieranno con il riscaldamento dei climi, ma con il modo in cui aumenteranno i livelli del mare in tutto il mondo. “Nei decenni futuri, sperimenteremo l’innalzamento del livello del mare nelle aree costiere e abbiamo anche incorporato questo effetto nei nostri modelli per vedere quanto ciò aumenterebbe il rischio di inondazioni”, spiega Sarhadi. “E in effetti, vediamo che l’innalzamento del livello del mare sta giocando un ruolo importante nell’amplificare il rischio di inondazioni dovute agli uragani a New York City”.
Prendere decisioni informate
La metodologia del team può essere applicata a qualsiasi città costiera per valutare il rischio di inondazioni composte da uragani e tempeste extratropicali. Con questo approccio, Sarhadi spera che i decisori possano prendere decisioni informate riguardo all’implementazione di misure di adattamento, come il rafforzamento delle difese costiere per migliorare le infrastrutture e la resilienza della comunità. “Un altro aspetto che evidenzia l’urgenza della nostra ricerca è il previsto aumento del 25% delle popolazioni costiere entro la metà del secolo, che porterà ad una maggiore esposizione a tempeste dannose”, afferma Sarhadi. “Inoltre, disponiamo di beni per migliaia di miliardi di dollari situati in aree costiere soggette a inondazioni, che necessitano di strategie proattive per ridurre i danni derivanti dalle inondazioni provocate dagli uragani in un clima in fase di riscaldamento”.
